《第二节 传感器的应用》（同步训练）高中物理选择性必修 第二册-粤教版-2024-2025学年

《第二节传感器的应用》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、传感器是将外界非电量的变化转换为电信号输出的部件，下列关于传感器的说法中，正确的是（）A、温度传感器可以将温度变化转换为电阻值的变化B、压力传感器可以将温度变化转换为电阻值的变化C、光敏电阻的光照强度越大，电阻值越小D、霍尔元件可以将磁感应强度变化转换为电流的变化2、关于传感器的应用，下列说法中正确的是（）A、电子秤中使用的是位移传感器B、人体体温计通常使用的是光传感器C、汽车倒车雷达使用的是超声波传感器D、电视机遥控器发射的是红外线传感器3、以下哪种传感器不适合用于测量液体中的温度？A、电阻式温度传感器B、热电偶C、光电传感器D、热敏电阻4、在工业生产过程中，为了实现生产过程的自动控制，以下哪种传感器不起关键作用？A、压力传感器B、流量传感器C、光电传感器D、振动传感器5、下列关于传感器应用的描述，正确的是：A、温度传感器只能检测温度，不能用于检测压力。B、光敏电阻的电阻值随光照强度的增加而增大。C、霍尔传感器可以用来检测电流的大小。D、压力传感器在检测压力时，输出电压与压力值成线性关系。6、下列关于传感器应用系统的描述，不正确的是：A、传感器应用系统通常包括传感器、信号放大电路和显示单元。B、传感器应用系统中的信号放大电路可以增强信号的强度，使其更适合后续处理。C、传感器应用系统中的显示单元通常用于直接显示测量结果。D、传感器应用系统中的信号处理电路可以去除噪声，提高信号的纯净度。7、某市拟对夜间行驶的机动车安装一种自动识别车牌的技术，下列哪种传感器最适合用于这种需求？（）A、温度传感器B、光敏电阻传感器C、霍尔传感器D、超声波传感器二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下哪些属于常见的传感器类别？A、温度传感器B、压力传感器C、光电传感器D、超声波传感器E、生物电传感器2、以下关于传感器应用的描述，正确的是：A、传感器可以实现对各种物理量的测量和控制B、传感器具有响应速度快、稳定性好、抗干扰能力强等特点C、传感器广泛应用于工业自动化、医疗、农业等多个领域D、传感器不可能测量超出其量程的物理量E、温度对传感器的输出信号没有影响3、以下哪些传感器在日常生活中有广泛应用？（）A、温度传感器B、压力传感器C、光传感器D、湿度传感器E、声波传感器三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：传感器在现代科技中有着广泛的应用。请以温度传感器为例，分析其工作原理，并说明如何利用温度传感器检测环境温度，并应用到实际生活中。第二题题目：某地区夜晚打算利用太阳能光伏板为townspeople的监控系统供电。已知光伏板的最大功率输出为5kW，在最佳光照条件下，光伏板的电效率为15%。若监控系统总耗电功率为3kW，请问该光伏板在一天中（假设光照时间为10小时）是否能满足监控系统的供电需求？若能满足，计算出所需光伏板的面积；若不能满足，简要说明原因。第三题题目：某传感器测量温度时，其输出电压U与温度T的关系可以近似表示为线性函数U=aT+b。为了确定系数a和b，研究人员进行了如下实验：1.在温度为0℃时，传感器输出电压U1=1.5V；2.在温度为100℃时，传感器输出电压U2=3.5V。（1）请根据上述实验数据，求出传感器输出电压U与温度T的线性关系式。（2）如果传感器在温度为50℃时的输出电压为U3，请计算U3的值。第四题问题陈述：某实验小组利用温度传感器和力传感器检测一个物体在不同温度下的重力加速度变化，通过数据分析来研究温度对重力加速度的影响。他们发现，随着温度的升高，重力加速度略微减小。假设实验中温度范围从20℃至60℃，重力加速度的测量值分别在9.78m/s²至9.77m/s²之间。1.为何温度升高可能会导致重力加速度略微减小？2.给出温度对重力加速度影响的一个可能理论模型。3.他们需要怎样进一步改进实验以提高数据的准确性和可靠性？第五题题目：某同学为了了解生活中常见的物体温度对电阻阻值的影响，设计了一个实验。他将电阻丝（R0阻值为10Ω）弯曲成环形，并用铁夹固定在电路中，通过改变citizenship的温度调节电阻丝的长度，从而测量不同温度下的电阻丝阻值。实验中，他通过电路中的电流表示数来推算出电阻值。该同学选用了以下实验器材：电源、开关、电流表、固定电阻阻值为100Ω的定值电阻、滑动变阻器、导线和温度计。（1）请指出该同学实验设计中的缺陷，并简要说明理由；（2）请说明实验中如何通过电流表示数来推算出电阻值；（3）请根据实验结果，分析温度对电阻值的变化规律，并简单说明应用场景。《第二节传感器的应用》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、传感器是将外界非电量的变化转换为电信号输出的部件，下列关于传感器的说法中，正确的是（）A、温度传感器可以将温度变化转换为电阻值的变化B、压力传感器可以将温度变化转换为电阻值的变化C、光敏电阻的光照强度越大，电阻值越小D、霍尔元件可以将磁感应强度变化转换为电流的变化答案：A、C解析：A选项：温度传感器确实可以将温度变化转换为电阻值的变化，这是一种常见的温度传感器的工作原理，如热敏电阻。正确。B选项：压力传感器可以将压力的变化转换为电信号输出，而不是温度的变化，因此错误。C选项：光敏电阻是光照强度的敏感元件，光照增强时其电阻下降，光照减弱时电阻升高，所以陈述正确。D选项：霍尔元件是将磁场强度的变化转换为电压输出，而不是电流输出，因此该选项错误。2、关于传感器的应用，下列说法中正确的是（）A、电子秤中使用的是位移传感器B、人体体温计通常使用的是光传感器C、汽车倒车雷达使用的是超声波传感器D、电视机遥控器发射的是红外线传感器答案：C解析：A选项：电子秤中的传感器是用来测量质量大小的，主要是利用应变片等将质量变化转换成电阻变化或电压变化，因此是力传感器，而非位移传感器。错误。B选项：人体体温计通常使用的是温度传感器来测量体温，而不是光传感器，因此错误。C选项：汽车倒车雷达中的确使用的是超声波传感器来探测障碍物的距离，所以该选项正确。D选项：电视机遥控器发射的是红外线信号，用于遥控设备，并非红外线传感器。错误。3、以下哪种传感器不适合用于测量液体中的温度？A、电阻式温度传感器B、热电偶C、光电传感器D、热敏电阻答案：C解析：光电传感器主要用于检测物体是否存在、颜色等，不适用于直接测量温度。电阻式温度传感器、热电偶和热敏电阻都是常见的温度测量传感器。因此，选项C是正确答案。4、在工业生产过程中，为了实现生产过程的自动控制，以下哪种传感器不起关键作用？A、压力传感器B、流量传感器C、光电传感器D、振动传感器答案：C解析：在工业生产中，压力传感器用于监测和控制系统中的压力变化，流量传感器用于监测液体或气体的流量，振动传感器用于监测机器设备的运行状态和振动情况。光电传感器虽然在某些自动化控制中也有应用，但其不是生产过程自动控制的关键传感器。因此，选项C是正确答案。5、下列关于传感器应用的描述，正确的是：A、温度传感器只能检测温度，不能用于检测压力。B、光敏电阻的电阻值随光照强度的增加而增大。C、霍尔传感器可以用来检测电流的大小。D、压力传感器在检测压力时，输出电压与压力值成线性关系。答案：C解析：霍尔传感器是一种磁敏元件，可以用来检测磁场的变化，因此可以用于检测电流的大小。选项A错误，因为温度传感器可以检测温度，也可以通过转换应用于检测压力。选项B错误，光敏电阻的电阻值随光照强度的增加而减小。选项D错误，压力传感器的输出电压与压力值的关系可能不是线性关系，取决于传感器的具体设计。因此，正确答案是C。6、下列关于传感器应用系统的描述，不正确的是：A、传感器应用系统通常包括传感器、信号放大电路和显示单元。B、传感器应用系统中的信号放大电路可以增强信号的强度，使其更适合后续处理。C、传感器应用系统中的显示单元通常用于直接显示测量结果。D、传感器应用系统中的信号处理电路可以去除噪声，提高信号的纯净度。答案：D解析：传感器应用系统中的信号处理电路的主要作用是处理和转换信号，包括放大、滤波、调制等，但并不专门用于去除噪声。去除噪声通常是通过滤波电路来实现的，而不是信号处理电路。因此，选项D描述不正确。其他选项A、B、C都是传感器应用系统的常见组成部分和功能。7、某市拟对夜间行驶的机动车安装一种自动识别车牌的技术，下列哪种传感器最适合用于这种需求？（）A、温度传感器B、光敏电阻传感器C、霍尔传感器D、超声波传感器答案：C解析：这个题目考查的是传感器的应用场合和工作原理。霍尔传感器可以通过检测磁场的变化来识别不同的金属材质，适用于识别车牌号码中的文字和符号，因此是最适合安装在车辆自动识别系统中的传感器。选项A中的温度传感器主要用于检测温度变化，与识别车牌无关；选项B中的光敏电阻传感器用于检测光线强度，也与识别车牌无关；选项D中的超声波传感器主要用于检测距离，同样不适用于识别车牌号码。因此，正确答案是C。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下哪些属于常见的传感器类别？A、温度传感器B、压力传感器C、光电传感器D、超声波传感器E、生物电传感器答案：ABCDE解析：此题考察传感器的分类知识。根据传感器的功能和应用领域，常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、超声波传感器以及生物电传感器等，因此正确答案为ABCDE。2、以下关于传感器应用的描述，正确的是：A、传感器可以实现对各种物理量的测量和控制B、传感器具有响应速度快、稳定性好、抗干扰能力强等特点C、传感器广泛应用于工业自动化、医疗、农业等多个领域D、传感器不可能测量超出其量程的物理量E、温度对传感器的输出信号没有影响答案：ABCD解析：此题考察传感器应用的描述。A选项表明了传感器的基本功能；B选项描述了传感器的一些基本特点；C选项列举了传感器的应用领域；D选项说明了传感器量程的重要性；E选项错误，因为温度会影响传感器的输出信号。因此，正确答案为ABCD。3、以下哪些传感器在日常生活中有广泛应用？（）A、温度传感器B、压力传感器C、光传感器D、湿度传感器E、声波传感器答案：ABCDE解析：本题考查的是传感器的应用范围。温度传感器广泛应用于家用电器、工业控制等领域，如电冰箱、空调等；压力传感器广泛应用于汽车、医疗设备等领域，如汽车燃油泵、血压计等；光传感器广泛应用于照明、安防、通信等领域，如太阳能电池板、摄像头等；湿度传感器广泛应用于气象监测、农业等领域，如气象站、温室等；声波传感器广泛应用于医疗、通信等领域，如超声波成像、声波通信等。因此，ABCDE选项均为正确答案。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：传感器在现代科技中有着广泛的应用。请以温度传感器为例，分析其工作原理，并说明如何利用温度传感器检测环境温度，并应用到实际生活中。答案：1.工作原理：温度传感器是一种能够检测温度变化并将温度信息转换为电信号的器件。常见的温度传感器类型包括热敏电阻、热电偶和集成温度传感器等。热敏电阻是一种电阻值随温度变化的元件，其电阻值与温度呈非线性关系。当温度升高时，热敏电阻的电阻值减小；温度降低时，电阻值增大。热电偶则是基于温差产生电势差的原理进行工作的。在实际应用中，热电偶由两种不同的导体材料组成，当两种材料连接在一个接点（热端）时，如果另一个接点（冷端）的温度不同，则会在电路中产生一个微小的电压差。2.检测环境温度：首先，选择合适的温度传感器类型，如热敏电阻和热电偶等。将选定的温度传感器置于待测环境中。温度变化时，传感器会将温度信息转换为相应的电信号。通过放大和处理部件对电信号进行放大和滤波处理。将电信号转换为可读数值，如数字显示或通过其他方式进行记录和展示。3.实际应用：智能家居：可用于智能恒温器、家庭自动化系统等，实现自动调节室内温度，提高舒适度。工业控制：用于检测生产过程中关键部位的温度，确保产品质量；监控设备运行状态，避免温度过高引发的安全风险。环境监测：可应用于空气质量监测设备中，准确测量空气中不同气体的浓度，辅助大气污染防控工作。医疗健康：体温计广泛应用在医疗领域，监测病人的体温变化，及时发现患者发热等异常情况，便于及时诊断和治疗。解析：本题考查对温度传感器的工作原理及其在实际生活中的应用的理解。答案中首先对温度传感器的基本原理进行了说明，包括热敏电阻和热电偶的原理。然后详细阐述了如何利用温度传感器检测环境温度，包括选择合适的传感器类型、布置和信号处理过程。最后，列举了温度传感器在智能家居、工业控制、环境监测和医疗健康等多个领域的应用实例，突显了其重要性和实用性。第二题题目：某地区夜晚打算利用太阳能光伏板为townspeople的监控系统供电。已知光伏板的最大功率输出为5kW，在最佳光照条件下，光伏板的电效率为15%。若监控系统总耗电功率为3kW，请问该光伏板在一天中（假设光照时间为10小时）是否能满足监控系统的供电需求？若能满足，计算出所需光伏板的面积；若不能满足，简要说明原因。答案：能满足。解析：1.首先，计算光伏板在10小时内的总发电量。由于光伏板的电效率为15%，因此实际可利用的功率为：实际功率=输出功率×电效率实际功率=5kW×15%=0.75kW2.然后，计算10小时内的总发电量：总发电量=实际功率×时长总发电量=0.75kW×10小时=7.5kWh3.计算监控系统在10小时内的总耗电量：总耗电量=耗电功率×时长总耗电量=3kW×10小时=30kWh4.由于总发电量（7.5kWh）远远低于总耗电量（30kWh），光伏板无法满足监控系统的全天候供电需求。5.接下来，为了使光伏板能满足监控系统的3kW功率需求，我们需要计算所需的光伏板面积。首先计算出在最佳光照条件下的单位面积的发电功率：单位面积发电功率=输出功率/面积由于我们不知道实际所需面积，我们暂时无法计算这个值。6.然而，我们可以通过以下公式估算所需的光伏板面积A：A=(监控系统总耗电量/光电转换效率)/(单位面积发电功率)A=(30kWh/0.15)/(5kW/A)解这个方程，我们得到：A^2=(30kWh/0.15)/5kWA^2=200kWh/kWA=√(200kWh/kW)A=√(200)m²A≈14.1m²因此，为了满足监控系统的3kW功率需求，在最佳光照条件下，需要大约14.1平方米的光伏板面积。在实际应用中，为了确保光电转换效率，可能还需要额外的面积空间来考虑遮挡和倾斜角度等因素。第三题题目：某传感器测量温度时，其输出电压U与温度T的关系可以近似表示为线性函数U=aT+b。为了确定系数a和b，研究人员进行了如下实验：1.在温度为0℃时，传感器输出电压U1=1.5V；2.在温度为100℃时，传感器输出电压U2=3.5V。（1）请根据上述实验数据，求出传感器输出电压U与温度T的线性关系式。（2）如果传感器在温度为50℃时的输出电压为U3，请计算U3的值。答案：（1）传感器输出电压U与温度T的线性关系式为：U=0.02T+1.5。解析：根据题目中给出的两个实验数据点，我们可以列出以下两个方程：1.当T=0℃时，U1=1.5V，代入线性关系式得到：1.5=a*0+b，即b=1.5；2.当T=100℃时，U2=3.5V，代入线性关系式得到：3.5=a*100+1.5。解这个方程组，得到a=0.02。因此，传感器输出电压U与温度T的线性关系式为：U=0.02T+1.5。（2）当温度T=50℃时，代入线性关系式得到：U3=0.02*50+1.5=2.5V。解析：根据求得的线性关系式U=0.02T+1.5，将温度T=50℃代入，即可求得输出电压U3的值。计算得到U3=2.5V。第四题问题陈述：某实验小组利用温度传感器和力传感器检测一个物体在不同温度下的重力加速度变化，通过数据分析来研究温度对重力加速度的影响。他们发现，随着温度的升高，重力加速度略微减小。假设实验中温度范围从20℃至60℃，重力加速度的测量值分别在9.78m/s²至9.77m/s²之间。1.为何温度升高可能会导致重力加速度略微减小？2.给出温度对重力加速度影响的一个可能理论模型。3.他们需要怎样进一步改进实验以提高数据的准确性和可靠性？答案：1.为何温度升高可能会导致重力加速度略微减小？由于地球上的重力加速度主要由地球的质量和半径决定，理论上常数不变。但是，在这个实验情境中提到的重力加速度略微减小可能是由于一些间接的因素引起的。因此，其实验室环境中的温度变化或许影响到某些实验装置或测量结果，而不是真实的重力变化。一种可能性是实验室条件的变化：比如温度变化导致的空气密度变化或仪器的热膨胀等，但这些对重力加速度的直接影响较小。实际上，重力加速度g与地球的质量和半径R有关，g=G*M/R^2，其中G是万有引力常数，M是地球质量。理论上，g的变化是非常微小的，远小于大气温度变化的影响。2.给出温度对重力加速度影响的一个可能理论模型。考虑到地面上实际测量的重力加速度会受到周围环境的影响，可以提出一个简化模型。设g(T)=g_0*[1-(k*T-T_0)]，其中g_0是标准温度下的重力加速度，T是温度，T_0是标准温度，k是量度温度变化对重力影响的系数。这个模型忽略了其它复杂因素，仅作为假设模型。3.他们需要怎样进一步改进实验以提高数据的准确性和可靠性？1.精确测量温度和重力加速度：使用更高精度的温度传感器和重力加速度传感器。2.控制温度变化：设计一个恒温环境，确保实验室温度恒定或缓慢、均匀变化，减少温度波动对实验的影响。3.校准设备：对使用的传感器和测量设备进行定期校准，确保它们在不同温度下的测量结果准确无误。4